JP2933265B2 - 回転制御式除湿機を備えた環境装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、環境室内に被試験物、
被処理物等を入れ、少なくとも環境室内の湿度を維持又
は変化させて目的とする環境条件を作る環境試験装置、
恒温・恒湿装置、熱処理装置等の環境装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、試験室内の温湿度を所定値に維
持するようにした従来の環境試験装置としては、試験室
内の空気の一部分を除湿機に導入して除湿した後空調室
に戻すバイパス除湿系を設けると共に、空調室内に加湿
器を設け、加湿器の加湿量を制御することにより、除湿
空気と加湿空気との混合空気を適当な湿度のものにして
試験室に供給し、試験室内の湿度を目的とする湿度に維
持するようにした形式のものがある。この場合、除湿機
の除湿能力は、被試験物から発生したり換気により導入
される水蒸気や微小水滴（以下「水分」という）から成
る水分負荷と、試験室の温湿度条件とを考慮して定めら
れていた。即ち、水分負荷が大きく、且つ、試験室内を
低い温湿度に維持するときを基準として除湿機の最大除
湿能力が定められていた。その結果、従来の環境試験装
置では、試験室の設定湿度が比較的高く、又発生する水
分負荷が少ないようなときには、除湿機の除湿能力が過
大になり、そのために加湿器による再加湿量が多くな
り、加湿のために無駄なエネルギーを消費していた。

【０００３】一方、このような再加湿量の増大を抑制す
るため、除湿機の再生ヒータの出力を切り換えたり、循
環風量を切り換える方法が用いられることもある。しか
しながら、このような方法を用いても、除湿能力は１０
０％から６０％程度までしか低下しないので、十分な省
エネ運転ができなかった。又、除湿機は吸入空気中の水
分負荷が多いほど除湿能力が大きくなる特性を有するた
め、特に大型の環境試験装置では再加湿量が多くなり、
多大なエネルギーロスが発生していた。更に、除湿機へ
の循環風量を切り換える方法では、除湿機内の風量バラ
ンスが変わるため、除湿機内でダンパによる開度調整が
必要になり、除湿機が複雑且つコスト高になっていた。

【０００４】なお除湿機単体としては、ロータ回転速度
の上昇に対応して再生空気量を増加してロータの再生ゾ
ーンの再生能力を回転速度に追従させると共に、再生直
後にパージゾーンを設けて処理ゾーンの温度を低下させ
るという対策の下に、入口除湿空気の絶対湿度に対応し
てこれが大きくなるとロータ回転速度を速くして除湿能
力を増加させ、入口除湿空気の絶対湿度が大きくなって
も除湿効率を余り低下させることなく維持できるように
した装置が提案されている（特開平３ー３８２１４号公
報参照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は従来技術に於
ける上記問題を解決し、除湿機を含む湿度制御において
省エネルギー化の図られた環境装置を提供することを課
題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、ロータが１回転中に除湿域及び再生域を持
ち除湿能力が極大になる最大能力回転速度からそれより
速い回転速度になると前記除湿能力が低下する特性を有
する除湿機の前記除湿域に環境室内の気体を導入して除
湿した後空調室に戻す除湿系と加湿器とを備え前記加湿
器の加湿量を制御することにより前記環境室の湿度条件
を制御する環境装置において、前記加湿量を制御する制
御要素が前記加湿量を大きくする条件のときには前記ロ
ータの回転速度を速くし前記加湿量を小さくする条件の
ときには前記最大能力回転速度を超えない範囲で前記ロ
ータの回転速度を遅くするように前記ロータの回転速度
を制御する制御手段を設けたことを特徴とする。

【０００７】

【作用】本発明の環境装置の除湿機は、ロータの回転に
より、１回転中に除湿域及び再生域を形成する。このよ
うな除湿機では、ロータの回転速度が遅いときには、再
生域でロータの除湿部は十分再生されるが、除湿域で処
理気体の処理量が過大になるため、除湿域の後流側では
除湿能力が大きく落ち込み、全体としての除湿能力が低
くなる。一方、ロータの回転速度が速い場合には、再生
空気量を増加したりパージゾーンを設けるような場合は
別として、通常の除湿機では、再生域での再生不足と除
湿域での温度降下不足とにより、除湿能力が低下する。
従って、除湿機は、処理能力が最大になるロータの回転
速度（以下「最適速度」という）を有する。そして、最
適速度より低速又は高速側では、回転速度の減少又は増
加に対応して除湿能力が低下する。その結果、このよう
な回転速度と除湿能力との関係を環境装置の湿度制御に
利用でき、本発明では除湿機のこのような特性を利用す
る。

【０００８】環境装置は、又、このような除湿機の除湿
域に環境室内の気体を導入して除湿した後空調室に戻す
除湿系と加湿器とを備え、加湿器の加湿量を制御するこ
とにより環境室の湿度条件を制御する。即ち、この制御
では、目標とする環境室の湿度条件よりも低湿度になる
まで除湿機で除湿し、湿度不足分を加湿器による加湿で
補い、その加湿量を制御することにより環境室内を設定
湿度に制御する。

【０００９】環境装置は、更に、加湿量を制御する制御
要素に対応して除湿機のロータの回転速度を制御するロ
ータ制御手段を有する。ここで、加湿量を制御する制御
要素としては、例えば、目標として設定する環境室の温
度と相対湿度（以下「湿度」というときは相対湿度を意
味する）、湿度の設定値と測定値との偏差、加湿器の加
湿量を制御する最終の制御信号である加湿出力、加湿出
力の目標値等がある。

【００１０】例えば環境室の設定温度及び湿度が何れも
低いときには、加湿器の加湿量を小さくする必要がある
ので、この設定温湿度は加湿量を制御する制御要素の１
つである。そして、このように設定温湿度が共に低いと
きには、除湿機により被除湿気体中の水分を多く除去す
る必要があるので、除湿機の除湿能力を大きくしなけれ
ばならない。ロータ制御手段は、制御要素であり且つ除
湿能力とこのような関係を有する環境室の設定温湿度に
より、これに対応してロータの回転速度を制御する。

【００１１】この回転速度としては、最適速度及びそれ
より速い速度を選択する。その結果、設定温湿度が低い
場合には、これに対応して低い速度である最適速度に近
い速度を選択すれば、除湿機が最大に近い除湿能力を発
揮するので、設定温湿度を維持できると共に、設定湿度
が低いため加湿器の加湿量は少ない。設定温湿度を高く
するときには、これに対応してロータの回転速度を速く
する。設定温湿度が高いときには、必要な除湿量は少な
くなり、又、ロータの回転速度が速いときには、除湿能
力は低下する。従って、必要な除湿量と除湿機の除湿能
力とがバランスし、除湿過剰になることが防止される。
その結果、加湿器による再加湿量が多くならず、無駄な
加湿エネルギーの増加が防止される。

【００１２】湿度の設定値と測定値との偏差等の他の加
湿量制御要素を選択した場合も同様となる。以上の如
く、本発明の環境装置では、加湿器の制御と共に、ロー
タ制御手段を設け、除湿機の通常の回転速度に対する除
湿能力特性を利用して除湿能力を制御するので、加湿エ
ネルギーを適正範囲内にすることが可能になる。

【００１３】

【実施例】図１は、環境装置の一例である環境試験装置
の温湿度制御系を含めた全体構成を示す。環境試験装置
は、環境室としての試験室１と空調室２とを備え、空調
室２には、両室間で空気を循環させる送風機３と、加熱
ヒータ４と、冷凍機５ａから冷媒が送られる蒸発器５
と、加湿器６とが設けられ、試験室１の入口部には、温
度センサ７及び湿度センサ８が設けられ、そして両室の
間には、仕切板９及び風向ガイド１０が設けられる。試
験室１内の空気の一部分は、ダンパ１１を介して除湿機
１２に導入され、除湿された空気はダンパ１３を介して
空調室２内に戻され、除湿系が形成されている。

【００１４】このような環境試験装置では、低温環境を
実現するために循環空気を冷凍機５ａの蒸発器５によっ
て冷却しているので、蒸発器５を通過して冷却される空
気は通常露点以下の温度になるため、循環空気は蒸発器
５によっても除湿される。従って、このような装置で
は、除湿機１２は、試験室１内を或る限度以内の温湿度
条件に保持したり、試験室内で発生するか又は試験室内
に持ち込まれる水分負荷が多い場合等に対する補助的な
除湿装置として設けられている。但し、蒸発器５等の冷
却装置によっては循環空気を除湿しないような環境装置
に対しても、本発明を適用できることは勿論である。

【００１５】温度及び湿度センサ７、８の検出信号は環
境試験装置の温湿度調節器１４に導入され、これから加
熱ヒータ４及び加湿器６の加熱量及び加湿量を制御する
制御信号である加熱出力及び加湿出力がそれぞれの制御
部４ａ、６ａに発信され、加熱ヒータ４及び加湿器ヒー
タ６ｂへ与えられる電力が制御される。そして試験室１
へ送られる空気の温湿度が制御される。加湿出力として
は、例えば、温湿度調節器１４において、湿度センサ８
の測定値と温湿度調節器１４で設定した設定湿度との偏
差を算出し、その値に対応して一定時間毎に０〜１００
％の出力を発信する。温湿度調節器１４の制御出力は、
又、除湿機１２のロータ１２１を駆動するロータ駆動モ
ータ１２２の回転速度を制御するための回転数コントロ
ーラ１５にも発信される。

【００１６】図２は除湿機１２の概略構成を示す。除湿
機１２は、ロータ１２１が回転することにより、１回転
中に略３／４回転分の除湿域１２１ａ及び略１／４回転
分の再生域１２１ｂを持ち、図１にも示す如く、試験室
１内の被除湿空気は除湿域１２１ａで除湿される。再生
域１２１ｂには、図示しないヒータで加熱された図１の
矢印Ａで示すように再生用空気が通され、ロータ１２１
の除湿域を通過した部分が再生域１２１ｂに入ると、そ
の除湿機能が再生される。ロータ１２１は、図１でも示
したように、加湿器６の加湿量を制御する制御要素に対
応してロータ１２１の回転速度を制御するロータ制御手
段としての回転数コントローラ１５により回転制御され
る。加湿量を制御する制御要素は、図１でも示す温湿度
調節器１４から発信される。

【００１７】図３は、除湿機１２の除湿特性の一例を示
す。除湿機１２の除湿能力は、図示の如くロータ１２１
の回転速度に変化し、比較的低回転数に近い部分で極大
になり、回転数が大きくなるに従って低下する傾向にな
る。なお、除湿能力は除湿機入口の被除湿空気の水分含
有量によって異なり、図示の如く、水分含有量が多くな
れば除湿能力が大きくなる。

【００１８】図４乃至図８は、加湿量を制御する制御要
素に対応してロータ１２１の回転数を制御する場合の制
御例を示す。図４は、制御要素を試験室１内の温湿度の
設定値とし、段階的にロータの回転数制御を行う例を示
す。この制御では、温湿度調節器１４で設定した温湿度
信号を回転数コントローラ１５に発信し（図１、２参
照）、コントローラ１５は、その信号に基づいて、予め
４段階に区分された回転数のうちの何れかを選定し、ロ
ータ駆動モータ１２２がその回転数で回転するように制
御する。４段階の回転数は、例えば１００％から２５％
まで順次除湿能力が低下するように順次高い回転数にな
っている。温湿度の最も高い第４回転数以上の領域で
は、蒸発器５によって循環空気を冷却することに伴う除
湿効果のみによって必要とされる除湿量が得られるの
で、除湿機１２を運転する必要がない。従って、ロータ
１２を停止させて除湿機をオフにし、その除湿能力を０
にする。

【００１９】試験室１を低温、低湿にする場合には、水
分負荷の除去量が多くなり、従って大きな除湿能力が要
求される。この場合には、高い除湿能力になるように低
い回転数が選ばれ、少し過剰除湿になるように除湿系の
空気が十分除湿される。加湿器６は、通常の制御と同様
に、少ない再加湿量になるように制御される。そして、
目的とする試験室１内の温湿度が維持される。

【００２０】一方、試験室内を高温、高湿にする場合に
は、必要除湿量は少なくなる。この場合には、低い除湿
能力になる大きい回転数を選定し、少しだけ過剰除湿に
なるように除湿系の空気を少なめに除湿し、上記と同様
に加湿器による再加湿によって目的とする試験室１内の
温湿度を維持する。従って、従来のように多量に除湿し
ないので、多量の再加湿に伴う加湿エネルギーの浪費が
防止される。

【００２１】本実施例の如く設定温湿度によりロータ１
２の回転数を制御し、除湿能力を変動させれば、必要な
除湿量を確保できると共に、除湿過剰による無駄な加湿
エネルギーの損失が防止される。又、このように加湿制
御要素としての設定温湿度を用いると、温湿度調節器１
４での設定信号をそのまま利用できるので、簡易にロー
タの回転速度制御を行うことができる。

【００２２】図５は、制御要素として湿度の測定値ＳＶ
と設定値ＰＶとの差即ち偏差を用いる場合の例を示す。
この偏差によるロータの制御では、偏差の＋−のしきい
値をそれぞれＡ、Ｂとし、偏差がこの範囲内になるよう
にロータ１２１の回転数を制御する。

【００２３】まず設定温湿度条件等から除湿機１２の運
転が必要かどうかを判断し（Ｓ−１）、図１に示す冷凍
機の蒸発器５のみで十分除湿できる運転条件が選定され
ていているときには、ロータ１２１の回転を停止する
（Ｓ−２）。除湿機１２で除湿運転するときには、ロー
タ制御を開始し（Ｓ−３）、タイマリセットにより（Ｓ
−４）偏差ｐｖ−ｓｖをしきい値Ａと比較し（Ｓ−
５）、偏差がしきい値より大きければ、湿度の設定値よ
り実測値が大きくなっていて除湿能力を上げる必要があ
ると判断し、ロータ１２１の最大能力回転数である最低
回転数になっていなければその回転数を１段階下げる
（Ｓ−６、７）。一方このときには、偏差が＋であるた
め加湿出力も低下するので、除湿能力を上げても無駄な
加湿エネルギーが増加することはない。

【００２４】偏差ｐｖ−ｓｖがしきい値Ａ以下であれ
ば、−のしきい値Ｂと比較し（Ｓ−８）、偏差がＢ以下
であれば、湿度の設定値より実測値が小さくなっていて
除湿能力を下げる必要があると判断し、ロータ１２１が
最低能力回転数である最大回転数になっていなければそ
の回転数を１段階上げる（Ｓ−９、１０）。このときに
は、偏差が−であるため加湿出力は増加するが、これは
必要な加湿量を得るためであり、ロータの回転数増によ
って除湿能力が低下した分だけ加湿エネルギーの節約が
図られる。

【００２５】偏差がしきい値ＡＢ間にあれば、試験室１
内の湿度は目標値の近くで安定しているので、ロータの
回転数は変更されず現状維持される。このような一連の
判断及び制御をした後、制御周期がタイムアップしたか
どうかを判断し（Ｓ−１１）、タイムアップすればタイ
マをリセットして再び（Ｓ−４）以下のフローを実行す
る。なお、ロータが既に最大又は最少回転数になってい
てそれ以上又はそれ以下の回転数にできないときには、
回転数は変更されない。

【００２６】このような測定値と設定値との偏差は、温
湿度調節器１４において、加湿器の制御出力を発生させ
るために演算されているので、その結果を直接利用し、
簡易にロータの回転数制御を行うことができる。又、こ
の制御によれば、ロータの回転数と加湿出力とが同じ目
的の方向に同時期に動くので、試験室１内の湿度状態に
即応して速く偏差を修正することができる。

【００２７】図６は、制御要素として加湿器６の加湿量
に対応する加湿出力自体を用いる場合の例を示す。この
例でも、図５と同様の制御が行われる。従って、同様の
判断及び操作部分については説明を省略する。この加湿
出力によるロータの制御では、加湿出力の下限及び上限
のしきい値をそれぞれＣ、Ｄとし、加湿出力がこの範囲
内になるようにロータ１２１の回転数を制御する。加湿
出力を下限しきい値Ｃと比較し（Ｓ−５）、これがしき
い値Ｃ以下であれば、試験室１内は湿度が高く加湿不要
な状態になっていて除湿能力を上げる必要があると判断
し、ロータ１２１の回転数を１段階下げる（Ｓ−６、
７）。その結果除湿量が増加しても、加湿出力が低下し
ているので、無駄な加湿エネルギーが増加することはな
い。

【００２８】加湿出力がしきい値Ｃ以下でなければ、し
きい値Ｄ以上であるかどうかを判断し（Ｓ−８）、Ｄ以
上であれば、加湿出力が大きく無駄な加湿が行われてい
ると判断し、ロータ１２１の回転数を１段階上げる（Ｓ
−１０）。これにより、除湿機１２の除湿量が低下して
加湿出力も小さくなり、加湿エネルギーの節約が図られ
る。

【００２９】偏差がしきい値ＣＤ間にあれば、加湿出力
が目標とする適正値の範囲内にあり、制御性及び加湿エ
ネルギーの節約の両方の要請がほぼ満たされているの
で、ロータの回転数は現状に維持される。

【００３０】制御要素としての加湿出力は温湿度調節器
１４から加湿器の制御部に発信されるので、これをその
まま回転数コントローラ１５に送ることにより、簡易に
ロータの回転数制御を行うことができる。この制御によ
れば、加湿出力を直接適正範囲内に制御するので、確実
に加湿エネルギーの節約が図られる。

【００３１】以上では、各種制御要素により加湿器１２
のロータ１２１を段階的に制御する例を示したが、ロー
タの回転数をより精度良く制御し更に加湿エネルギーの
低減を図る場合には、図７に示す如く、ＰＩ、ＰＤ、Ｐ
ＩＤ等のより高度な制御を行うコントローラの一例とし
てＰＩＤ回転数コントローラ１５´を設け、これに温湿
度調節器１４から制御要素をフィードバック入力する制
御系にする。

【００３２】図８は、このような制御系の場合の概略制
御フローを示す。ロータ制御を開始すると、加湿出力が
設定値ＥＦ間にあるかどうかを判断し（Ｓ−１）、設定
値外であれば、ロータ回転数をＰＩＤ制御して回転数出
力を発信し（Ｓ−２、３）、ロータの回転数を変更して
設定値の範囲内にする（Ｓ−４）。回転数が設定範囲内
の値になっていれば、回転数を現状維持する（Ｓ−
５）。

【００３３】以上の例では、制御要素として温湿度設定
範囲、温湿度の測定値と設定値との偏差及び加湿出力を
例示し、これらを単独で制御要素とする場合の例を示し
たが、これ以外の制御要素を用いたり、これらを複数個
取り入れた制御をすることも可能である。例えば図８に
おいて、温湿度設定範囲により目標とする加湿出力を設
定分けしたり、この制御中に温湿度の測定値と設定値と
の偏差の要素を追加することもできる。

【００３４】

【発明の効果】以上の如く本発明によれば、ロータ制御
手段を設け、加湿器の制御と除湿機のロータの回転速度
制御とを組み合わせることにより、必要な除湿量を確保
すると共に、加湿エネルギーの低減を図ることができ
る。このようなロータ制御によれば、除湿機の再生ヒー
タを切り換えたり循環風量を変える必要がないので、除
湿機の構造が複雑化することがない。又、ロータ制御手
段による速度制御に加湿量を制御する制御要素を用いる
ので、制御のための特別の検出手段や計算手段等を設け
る必要がなく、低コストで簡易に環境装置の省エネルギ
ー化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の環境試験装置の概略構成を示す説明図
である。

【図２】上記装置の除湿機の概略構成を示す説明図であ
る。

【図３】除湿機の特性例を示す曲線図である。

【図４】上記装置の除湿機ロータの回転数制御例を示
し、（ａ）は温湿度と回転数の関係の曲線図で（ｂ）は
その回転数と除湿能力との関係を示す。

【図５】上記装置の除湿機ロータの他の制御例を示すフ
ローチャートである。

【図６】上記装置の除湿機ロータの更に他の制御例を示
すフローチャートである。

【図７】上記装置の除湿機ロータの更に他の制御例を示
すブロック図である。

【図８】上記制御例のフローチャートである。

【符号の説明】

１ 試験室（環境室） ２ 空調室 ６ 加湿器 １２ 除湿機 １５ 回転数コントローラ（ロータ制御手段） １５´ 回転数コントローラ（ロータ制御手段） １２１ ロータ １２１ａ 除湿域 １２１ｂ 再生域

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロータが１回転中に除湿域及び再生域を
   持ち除湿能力が極大になる最大能力回転速度からそれよ
   り速い回転速度になると前記除湿能力が低下する特性を
   有する除湿機の前記除湿域に環境室内の気体を導入して
   除湿した後空調室に戻す除湿系と加湿器とを備え前記加
   湿器の加湿量を制御することにより前記環境室の湿度条
   件を制御する環境装置において、 前記加湿量を制御する制御要素が前記加湿量を大きくす
   る条件のときには前記ロータの回転速度を速くし前記加
   湿量を小さくする条件のときには前記最大能力回転速度
   を超えない範囲で前記ロータの回転速度を遅くするよう
   に前記ロータの回転速度を制御する制御手段を設けたこ
   とを特徴とする環境装置。